ВЫБОР РЕДАКЦИИ

Преимущества и недостатки чиплетов

О важности понимания всех аспектов проектирования

Использование цифровых двойников в микроэлектронике

Перспективы развития чиплетов

К вопросам интеллектуальной собственности в области внутрикристальных межсоединений

Некоторые проблемы проектирования ASIC

Взгляд изнутри: Китаю желательно использовать подход «больше, чем Мур»

Перспективы рынка СФ‑блоков до 2027 г.

Xilinx пытается облегчить программирование FPGA

Краткий обзор деятельности ведущих кремниевых заводов

Тайвань и американо-китайская борьба за лидерство в микроэлектронике

КНР готовится к технологическому «разводу» с США

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

Некоторые тенденции развития производственной базы микроэлектроники

Возвращение «блудных сыновей»

Китайская технология 3D-флэш-памяти NAND-типа

Состояние и планы развития ведущих кремниевых заводов

Тенденции развития современных производственных мощностей

Достижения КНР в области индустрии ИС ЗУ

Состояние и планы развития ведущих кремниевых заводов

Intel принимает бизнес-модель IDM 2.0

GlobalFoundries и стимулирование производственной базы микроэлектроники в США

GlobalFoundries и стимулирование производственной базы микроэлектроники в США

Выпуск 9(6733) от 06 мая 2021 г.
РУБРИКА: БИЗНЕС

Современное состояние полупроводниковой промышленности США вынуждает администрацию Байдена выделить 50 млрд долл. на обеспечение воссоздания в стране производственной базы новейших ИС. Однако фирмы, проектирующие и производящие ИС по достаточно зрелым проектным нормам, также хотят получить часть этих средств. Одна из них – ​корпорация GlobalFoundries, зарегистрированная в США, но принадлежащая правительству эмирата Абу-Даби.

В настоящее время у электронной промышленности две беды, существенно ослабившие мировые цепочки поставок полупроводниковых приборов как гражданского, так и военного назначения. При этом первая – ​пандемия COVID‑19 – ​явно закончится скорее, чем разрешится вторая – ​холодная технологическая вой-на между США и КНР, так как лежащие в ее основе противоречия представляют собой долгосрочную проблему.

Для укрепления национальной производственной базы и сокращения технологического отрыва крупнейших американских полупроводниковых корпораций от ведущих азиатских конкурентов, таких как Samsung (Южная Корея) и TSMC (Тайвань), в начале 2021 г. в США были введены в действие два закона – ​об американских кремниевых заводах (American Foundries Act of 2020) и о стимулировании разработки и производства полупроводниковых приборов в стране (Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors for America Act, CHIPS for America Act). Эти законы предусматривают существенные налоговые льготы, поощрение и прямое финансирование (или последующее возмещение расходов) как сооружения новых заводов по обработке пластин, так и программ НИОКР. Причем речь идет о наиболее перспективных технологиях с минимальными проектными нормами.

На этом фоне корпорация Intel заявила о планах создания автономного подразделения – ​Intel Foundry Services (IFC) в составе двух заводов по обработке 300‑мм пластин по проектным нормам 7/5 нм и менее. Эти два предприятия будут использовать модель кремниевого завода (foundry) – ​то есть осуществлять контрактное производство ИС по спецификациям заказчика.

Несколько ранее, в 2020 г., американские власти вынудили корпорацию TSMC, крупнейший в мире «чистый» кремниевый завод, приступить к реализации проекта по созданию в Аризоне производственного комплекса по изготовлению ИС по 5‑нм проектным нормам (должен вступить в строй в 2024 г.). Корпорации Samsung также обещана поддержка в создании или модернизации на территории США мощностей по производству ИС с минимальными проектными нормами. Все это говорит о том, что американские власти желают стать обладателями новейших мощностей на своей территории и добиться независимости от зарубежных поставок ИС в наиболее чувствительных областях. Производители полупроводниковых приборов также заинтересованы в подобных проектах – ​общая стоимость мер стимулирования полупроводниковой промышленности на территории США в соответствии с принятыми законами составляет 50 млрд долл.

Но дело в том, что большая часть продаваемых полупроводниковых приборов (ИС, дискретные полупроводниковые приборы, датчики и актюаторы, оптоэлектроника) реализуется не по минимальным, а по более зрелым проектным нормам. Кроме того, из-за растущей дороговизны проектирования, разработки технологических процессов и создания производственных мощностей при масштабировании ИС многие фирмы выбыли из этой гонки и продолжают выпускать продукцию по зрелым технологиям. Одна из таких фирм – ​корпорация GlobalFoundries, второй по доходам «чистый» кремниевый завод мира. Подобные компании тоже не против получить -что-то из пакетов стимулирования принятых законов.

Недавно руководство GlobalFoundries опубликовало свой взгляд на эти вопросы. Было отмечено, что на протяжении большей части истории полупроводниковой промышленности основное внимание уделялось вычислительным приложениям: персональным компьютерам и сетевому оборудованию. Постоянно делались огромные инвестиции, чтобы получить необходимую технологическую отдачу – ​все большую вычислительную мощность.

Тем не менее вычислительно ориентированный сегмент составляет только около 30 % рынка полупроводниковых приборов в целом. Несмотря на это большая часть мировых инвестиций в производственные мощности приходится на эту меньшую часть отрасли. Сейчас ИС для подобных приложений выпускаются по проектным нормам 7 нм, осуществляется переход к 5‑нм процессам, а в перспективе – ​к 3‑нм и меньше.

За последние приблизительно 10 лет, начиная с появления смартфонов, появилась еще одна медленно развивающаяся тенденция – ​«всепроникающие» вычисления: все больше вещей, требующих «интеллекта» определенного уровня. Этим устройствам не обязательно требуется повышенная вычислительная мощность – ​на самом деле при проектировании большинства из них это и не закладывается. Однако им нужны высоковольтные ИС, низковольтные ИС и ИС с малой потребляемой мощностью, встраиваемые ЗУ, ВЧ-схемы и цифро-аналоговые ИС. Изготовление микросхем таких типов не требует проектных норм менее 10 нм – ​преимущества масштабирования для большинства из них уже исчерпаны. Это те рынки, которые обслуживает корпорация GlobalFoundries. Кстати, на продажи ИС, отличных от приборов вычислительно ориентированного сегмента, приходятся остальные 70 % продаж полупроводниковых приборов.

Пандемия COVID‑19 ускорила спрос на «всепроникающие» вычисления выше всех ожиданий. Представители GlobalFoundries с некоторым преувеличением утверждают, что в 2020 г. из-за пандемии за год была выполнена десятилетняя программа внедрения технологий. Так, спрос на продукцию GlobalFoundries оказался по итогам 2020 г. на 1 млрд долл. больше, чем прогнозировалось еще в июне того же года. Благодаря этому она по итогам I кв. 2021 г. увеличила свою долю на рынке услуг кремниевых заводов до 7 % (см. рисунок). При этом уровень продаж корпорации за предшествовавшие два-три года составлял около 6 млрд долл.



Источник: Statista

Структура рынка услуг кремниевых заводов в I кв. 2021 г.


Резкое увеличение спроса на ИС для приложений «всепроникающих вычислений» выявило недостаточность инвестиций в соответствующие производственные мощности в предшествующие годы. Это привело к возникновению дефицита, отразившегося на многих рынках конечных систем и многих конечных потребителях. Например, из-за дефицита ИС ряд автопроизводителей были вынуждены снизить выпуск машин, некоторые даже временно закрыли отдельные линии.

Интересно отметить, что полупроводниковая технология движется в направлении, где «70‑процентники» и «30‑процентники» будут чаще взаимодействовать друг с другом. Функции, которые были интегрированы в «системы-на-кристалле» (SoC), снова разделяются и объединяются другими способами. Существуют разные способы выполнения (или просто описания) такого рода дезагрегации и реинтеграции, включая чиплеты, «плитки» (tiles) и «системы-в-модуле» (но на новом уровне).

Стоит отметить, что характер инвестиций в двух этих секторах (70 и 30 %) будет отличаться. Производитель, ориентированный на сегмент процессоров, обычно тратит около 80 % своего бюджета НИОКР на разработку процессов и приобретение оборудования («опыт работы на пластинах»), а остальное – ​на наборы средств проектирования процессов (PDK). Для таких производителей, как GlobalFoundries, верно обратное. Компания тратит непропорционально большие средства на различные PDK и СФ-блоки совместно с такими партнерами, как Synopsys, Cadence, Arm, помогающими формировать необходимую экосистему – ​которая, в свою очередь, обеспечивает инновационный процесс. Продукция GlobalFoundries используется для обеспечения безопасности платежных операций, поддержания звуковых функций различных приборов, управления сенсорными экранами и режимом электропитания, применения в полных входных РЧ-каскадах, сетях и средствах связи 5G и т. п. Все это требует инноваций, но не имеет ничего общего с уменьшением проектных норм транзистора с 5 до 3 нм.

Руководство GlobalFoundries, основываясь на изложенном, призывает Конгресс и исполнительную власть США оказать должную часть поддержки полупроводниковым фирмам, подобным GlobalFoundries.


Santo Brian. GlobalFoundries CEO Caulfield Stands Up for the 70 %. EE Times, April 11, 2021: https://www.eetimes.com/globalfoundries-ceo-caulfield-stands-up-for-the‑70/?utm_source=newsletter&utm_campaign=link&utm_medium=EETimesDaily‑20210412&oly_enc_id=5245B7817912J8Z


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ